Členenie ubikvitin-proteosomové cesty proteín

Most (80-90%) intracelulárnej odbúravanie bielkovín vykonáva ubikvitin-proteosomové cesty. Ubiquitin-proteazómu dráha je prítomné v jadre a cytoplazme eukaryotických buniek a hrá dôležitú úlohu v rozdelení normálne a abnormálne proteínov. Táto dráha je zodpovedný za riadenou degradáciu mnohých proteínov, vrátane tých, potrebné na riadenie rastu a proliferáciu buniek, diferenciáciu buniek, imunitných a zápalových reakcií, apoptózu a metabolické adaptácie.

Ubiquitin-proteazómu dráha tiež vykonáva "ekonomickú" funkciu, najmä z obehu proteínu a odstránenie abnormálne proteíny so zlou kódovanie, zle zloženého lokalizované v non-kľúčových oblastiach, poškodené alebo inak vyradené z činnosti. Ubiquitin-proteazómu systém hrá dôležitú úlohu pri kontrole svalovej hmoty a jej aktivita je zvýšená v kachexii. Táto dráha tiež hrá významnú úlohu pri obnove svalov a prerábanie.

Ubiquitin-proteazómu dráha To môže byť považované za sled troch procesov:
(1) uznanie proteínového substrátu na rozpad;
(2) kovalentné pripojenie polyubiquitinového reťazce ako proteín tag pre rozpad;
(3) proteolýza 2500 kDa proteínový komplex nazvaný 26S proteazóm.

rozpoznávanie proteín, určený k rozkladu typicky sa vykonáva:
(1) podľa niektorých štrukturálnych zmien proteínu, vrátane účinkov na sekvenciu špecifické aminokyseliny, ktorá je skrytá v normálnych posttranslačné modifikácií, ako je fosforylácia, alebo hydroxylácia;
(2) na spojenie alebo uvoľnenie jeho ligandov;
(3) interakcie s adaptérom proteínom alebo chaperon (napr., Export zle zbalených proteínov od chaperonů v cytosolu EPR);
(4) Špecifická poškodenia vyskytujúce sa v proteínu, oxidáciou alebo nitrosylace.

Okrem toho, prítomnosť špecifických "destabilizačný"Zvyšky iV-koncová časť známky peptidu určeného pre štiepenie (tj, s krátkym polčasom). Malo by však byť poznamenané, že predtým, než bol podrobený štiepenie, nie všetky proteíny produkované ubikvitinu tag.

Naproti tomu niektoré proteíny štiepenie 20S major proteazómu. Účelom tohto modelu je nejasné rozdelenie, ale zdá sa, že sa deje s proteínmi, ktoré majú zjavne neštruktúrované regióny, čo proteínu väčšiu nestabilitu.

Potom, čo bol identifikovaný ako proteín substrát na degradáciu, je opatrený kovalentne značené ubikvitinu. Ubikvitin - proteín prítomný vo všetkých typoch buniek a pozostáva z 76 aminokyselinových zvyškov, vrátane glycínu C-terminálny a lysinový zvyšok v polohe 48. ubiquitin je kovalentne viazaný na proteín určený pre degradáciu v sérii troch reakcií katalyzovanou enzýmov známych ako E1 (ubikvitinaktiviruyuschy enzým), E2 (ubikvitinprisoedinyayuschy enzým) a E3 (ubikvitinsvyazyvayuschy enzým).

tam Dve izoformy E1, Niekoľko izoformy E2 a E3 je veľmi veľké množstvo enzýmov, čo umožňuje pre konkrétny substráty mnohých tkanív a reguláciu tohto procesu.

prvá molekula ubikvitin aktivovaná naviazaním na E1 ATP-dependentné reakcie, a potom sa prevedie na ubikvitin E2 fragment. A E1 a E2 sú aktívne miesta cysteínových zvyškov, ktoré tvoria thioestery sa zvyšok glycínu na C-terminálny ubikvitinu. A konečne, ubiquitin pripojený k E2 je prenášaný priamo, alebo cez vnútorné E3 lizilovomu zvyšku na proteínovom substráte.

E3 hrá dôležitú úlohu pri rozpoznávaní proteínový substrát pre štiepenie a v regulácii formovanie substráte komplexné E2 / E3. Podobným spôsobom sa ďalej ubiquitin molekuly pripojené k substrátu, ktorý má jeden pripojený ubikvitinu molekulu, tvoriaci isopeptidové väzby medzi zvyšok glycínu v C-terminálny ubiquitin molekulou a lyzín sa nachádza v polohe 48 pred pridaného ubiquitin molekuly.

potrebný reťaz aspoň štyri molekuly ubikvitinu na proteíny niekoľko molekúl označených ubiquitin boli ľahko rozpoznateľné a smerujú k 26S proteazómu, štiepenie. V poslednej dobe, prieskum sa väzbovej domény pre činnosti a ubikvitinu. Dôležité je, že proces je reverzibilný ubikvitinace, s prítomnosťou odpojenie procesu, ktorý sa vyskytuje triedu cysteínových proteáz nazývaných deubikvitiniruyuschimi enzýmy.

aktivita deubikvitiniruyuschego enzým Je úplne eliminujú väzbu na ubikvitinu, ubikvitin spracovanie prekurzorového, spájajúcej ubiquitin reťaze a opätovné ubiquitin. Tieto procesy sú zodpovedné za reguláciu niekoľkých signálnych dráh, ktoré sú dôležité pre proces vývoja, vrátane rastu a diferenciácie buniek.

skutočný degradácia ubikvitinované proteíny dochádza vo vnútornom priestore proteazómu, ale molekuly ubikvitin odštiepi ako prvý, takže môžu byť znovu použité, 26S proteazóm je veľký, skladajúci sa z niekoľkých podjednotiek komplexu, ktorý zahŕňa podjednotky 20S ako proteolytické jadro s regulačnými 19S komplexnými pripojených k jednej alebo oboch koncoch. Regulačné podjednotky sa zúčastňuje rozpoznávania značených proteínov, ubikvitin odstránenie tag, ako aj ATP-dependentný procesy odvíjajúce sa z proteínu a jeho proteolytickou jadra v smere, ktorý má tvar tunela.

proteolytický 20S komplex je barelovitý štruktúru skladajúci sa zo štyroch naskladaných na seba prstencových štruktúr (ABBA), z ktorých každá je tvorená siedmimi podjednotiek. Centrálna dutina katalytické štruktúry má celkom šesť proteolytických častí vytvorené tri rôzne katalytické podjednotky každej B-kruhu. Tie sa týkajú katalytickej podjednotky TV-terminálny treonín gidralazam ako iV-terminálny treonín pôsobí ako nukleofilního katalyzátora. Avšak, tri rôzne podjednotky v každom z dvoch kruhov sú rôzne nastavenia v štiepenie peptidové väzby ihneď po základnej, hydrofóbnych a zvyškov.

20S podjednotku hydrolyzujú prichádzajúce substrátu do peptidové fragmenty sa skladajú z 3-30 aminokyselinových zvyškov. Tieto peptidové produkty sú uvoľnené z proteazómu v bunke a potom podstúpi hydrolýzy ďalších proteáz a aminopeptidáz.

predpis proteolýza v proteazómu dochádza na troch úrovniach. Po prvé, uznanie substrátu je nastaviteľná funkcia, ktoré stanovené pre cieľového proteínu poliubikvitinirovaniya. Pre väčšinu proteínov sú neidentifikovaných substráty a zahŕňajú fosforylácii, hydroxylácii zvyšku prolínu alebo identifikačné štiepenie signálu obsiahnuté v primárnej sekvencii. Po druhé, regulované degradácia konkrétnych druhov substrátov môže byť dosiahnuté kombináciou komplexov E2 / EZ sa rôzne vedľajšie faktory.

Napríklad, v niektorých prípadoch, a to EZ Je potrebné meniť alebo "zapnuté" prostredníctvom post-translačný modifikácie, aby sa jeho aktívnu formu, ktorá rozpoznáva substrát. V iných prípadoch, stabilita proteínu substrátu závisí na jeho vzťahu s molekulárnymi chaperony, ktoré pôsobia ako detekčnými prvkami a ktoré slúžia ako spojenie s príslušnými ligázu. Najmä inzulín znižuje aktivitu ubikvitinu-proteazómu sprostredkované intracelulárnymi proteázami a pohybu insulinosnizhayuschego enzýmu 20S proteazómu a 26S. Napokon, ubiquitin-proteasomu cesta môže byť riadená buď interakcií alebo zmeny v expresii ubikvitinu proteazómu podjednotiek.

Príkladom toho môže byť pozorovaný po Intravenóznej infúzie aminokyselín alebo po ich zavedení do lumen čreva. Zvýšená dodávku aminokyselín, ale nie glukóza znižuje expresiu mRNA ubikvitinu ubikvitinprisoedinyayuschego enzýmu s molekulovou hmotnosťou 14 kDa, a C9 podjednotky proteazómu v črevnej sliznici.